對(duì)破壞性物理分析幾個(gè)問(wèn)題的探討

來(lái)啟發(fā) 孟碧云 劉志坤

摘 要：通過(guò)對(duì)電子元器件破壞性物理分析（DPA）試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的塑封器件基板分層、分立器件密封檢查判據(jù)、國(guó)產(chǎn)集成電路芯片異常、集成電路芯片安裝方位和芯片未剪掉的剪切強(qiáng)度判據(jù)等問(wèn)題進(jìn)行分析、探討，并提出處理建議，以實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)、靈活運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展DPA工作。

關(guān)鍵詞：破壞性物理分析;聲學(xué)掃描;內(nèi)部目檢;剪切強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：TN601 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）08-0220-02

0 引言

電子元器件破壞性物理分析（DPA，destructive physical analysis）是指為驗(yàn)證電子元器件的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材料和制造質(zhì)量是否滿足預(yù)定用途或有關(guān)規(guī)范的要求，對(duì)元器件樣品進(jìn)行解剖，以及在解剖前后進(jìn)行一系列檢驗(yàn)和分析的全過(guò)程。DPA是順應(yīng)對(duì)元器件可靠性要求越來(lái)越高的趨勢(shì)而發(fā)展起來(lái)的一種評(píng)價(jià)電子元器件批質(zhì)量的有效方法之一。在依照國(guó)軍標(biāo)中相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行電子元器件DPA試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有不完善或錯(cuò)誤的地方，從而影響DPA的進(jìn)行。基于此，本文從可靠性的角度出發(fā)，對(duì)日常工作中發(fā)現(xiàn)的塑封器件基板分層、分立器件密封檢查判據(jù)、國(guó)產(chǎn)集成電路芯片異常、集成電路的芯片安裝方位和芯片未剪掉的剪切強(qiáng)度判據(jù)等問(wèn)題進(jìn)行分析、探討，以達(dá)到恰當(dāng)、靈活運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展DPA工作的目的。

1 DPA中幾個(gè)問(wèn)題的探討

1.1 關(guān)于塑封器件基板分層缺陷的判斷

GJB4027A中聲掃重點(diǎn)關(guān)注的電路芯片表面和引線鍵合區(qū)的缺陷，聲掃不合格最常見(jiàn)的缺陷為“包括鍵合絲區(qū)域的引腳分層”，基板上出現(xiàn)分層也較為常見(jiàn)，部分基板分層區(qū)域較大甚至有將塑封和基板剝離的趨勢(shì)，如圖1。有的在基板的分層區(qū)域內(nèi)包含有鍵合點(diǎn)，如圖2，出現(xiàn)此類(lèi)基板分層缺陷的器件存在很大的使用風(fēng)險(xiǎn)，但在GJB4027A的列出的9條拒收缺陷中并未做出此類(lèi)缺陷。因此建議增加缺陷判據(jù)“基板與塑封間界面分層超過(guò)前視區(qū)域（不計(jì)芯片粘接區(qū)域）面積的1/2”和“包括鍵合絲區(qū)域的基板分層”。

1.2 關(guān)于半導(dǎo)體分立器件的密封試驗(yàn)判據(jù)

半導(dǎo)體分立器件和集成電路的密封試驗(yàn)分別依據(jù)GJB128A方法1071和GJB548B的方法1014.2，示蹤氣體氦細(xì)檢漏是最常用的一種密封試驗(yàn)方法，其操作程序?yàn)椋簩⒋郎y(cè)樣品置于密封室內(nèi)，然后在規(guī)定的壓力作用下用氦氣對(duì)密封室加壓，經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間后去除壓力，去除樣品并移到氦質(zhì)譜檢漏儀中檢測(cè)，得到測(cè)量漏率。測(cè)量漏率的拒收極限值換算分為靈活法和固定法兩種。

固定法按器件的內(nèi)腔體積大小做了分級(jí)規(guī)定了加壓條件并給出了測(cè)量漏率的拒收極限。用固定法不需要換算，直接采用測(cè)量漏率的數(shù)值去判斷元器件密封性是否合格。因此固定法更加便于操作者高效地完成檢漏任務(wù)，得到了廣泛的應(yīng)用。但在比較GJB128A和GJB548B兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的固定法時(shí)發(fā)現(xiàn)在內(nèi)腔體積1.0≤V<10和10≤V<20兩個(gè)檔級(jí)，相同加壓條件下的拒收極限卻不一樣，GJB128A規(guī)定的值為5×10-1（Pa·cm3）/s，如表1;GJB548B規(guī)定的值為5×10-3（Pa·cm3）/s，見(jiàn)表2。

為了驗(yàn)證固定法表格給出的R1值是否有誤，分別選取內(nèi)腔體積為5cm3、10cm3和15cm3的三個(gè)典型值，利用固定法規(guī)定的加壓條件及靈活法公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的R1極限值，見(jiàn)表格3。

在表中可以看出，GJB548B的規(guī)定值R1值與計(jì)算值最接近，GJB128A中的規(guī)定值和計(jì)算值相差兩個(gè)量級(jí)，因此可以得出結(jié)論：GJB128A中固定法給出的測(cè)量漏率拒收極限值5×10-1（Pa·cm3）/s的是錯(cuò)誤的，應(yīng)為5×10-3（Pa·cm3）/s。

1.3 關(guān)于國(guó)產(chǎn)集成電路的“芯片異常”

這里所說(shuō)的“芯片異常”是指芯片上表征型號(hào)的信息與外部封裝信息不一致，如圖3。國(guó)產(chǎn)軍用集成電路出現(xiàn)此類(lèi)情況是因?yàn)樵骷S家采用了國(guó)外廠家生產(chǎn)的芯片。這類(lèi)元器件的芯片大多產(chǎn)自國(guó)外大廠，其電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝都很成熟，封裝成品后又經(jīng)過(guò)一系列軍品測(cè)試、試驗(yàn)，其質(zhì)量與可靠性可以得到保證，因此盡管符合GJB548B方法2013（條款3.2c）“不正確的芯片或基板金屬化設(shè)計(jì)圖形或識(shí)別標(biāo)記”的拒收條款，也可接收。

1.4 關(guān)于集成電路的芯片安裝方位

在GJB548B方法2020.1的2.3.3條要求芯片與外殼平行，并規(guī)定了芯片方位的拒收情況：芯片與封裝腔體邊緣之間的平行關(guān)系出現(xiàn)明顯偏斜（即：大于10°）。圖4所示為芯片與封裝腔體邊緣平行關(guān)系出現(xiàn)偏斜的典型案例。咨詢了器件生產(chǎn)廠，芯片安裝要同時(shí)兼顧“鍵合線不能與其他鍵合線交叉”鍵合工藝的要求，如果一定要平行安裝芯片則會(huì)出現(xiàn)鍵合線交叉的情況，同時(shí)調(diào)整芯片方位將增加鍵合線的長(zhǎng)度，會(huì)降低其可靠性。咨詢了多家集成電路生產(chǎn)廠，均表示應(yīng)首先考慮鍵合工藝要求，因此這種情況可以接收。

但此種例外放行并不代表在DPA內(nèi)部檢查時(shí)可以不做此項(xiàng)檢查，在不存在直線型封裝腔體邊緣的金屬圓帽封裝器件中，也有可能會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)缺陷。圖5為某進(jìn)口溫度傳感器X射線檢查發(fā)現(xiàn)芯片安裝方位不一致的案例，盡管沒(méi)有直線型的封裝外殼邊緣做參照，但不一致的芯片方位反應(yīng)出了工藝不具備批次一致性，也應(yīng)拒收。

1.5 關(guān)于剪切強(qiáng)度芯片未被剪切掉的合格判據(jù)

GJB548B-2005方法2019.2第3.2條規(guī)定的芯片剪切強(qiáng)度失效判據(jù)為：

（1）達(dá)不到1.0倍曲線所表示的芯片強(qiáng)度要求。

（2）使芯片與底座脫離時(shí)施加的力小于1.0倍曲線所表示的最小強(qiáng)度的1.25倍，同時(shí)芯片在附著材料上的殘留小于附著區(qū)面積的50%。

（3）使芯片與底座脫離時(shí)施加的力小于1.0倍曲線所表示的最小強(qiáng)度的2.0倍，同時(shí)芯片在附著材料上的殘留小于附著區(qū)面積的10%。

在實(shí)際工作中習(xí)慣將其解讀為：芯片殘留面積小于10%的，合格判據(jù)為2.0倍最小剪切強(qiáng)度;芯片殘留面積大于10%小于50%的，合格判據(jù)為1.25倍最小剪切強(qiáng)度;芯片殘留面積大于50%的，合格判據(jù)為1.0倍最小剪切強(qiáng)度。

對(duì)芯片未被剪切掉的情況，則認(rèn)為殘留面積100%，合格判據(jù)為1.0倍最小剪切強(qiáng)度。這里面存在認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，因?yàn)閷?duì)1.0倍最小剪切強(qiáng)度未剪掉芯片判為合格的器件，稍增推力至1.1倍則可能剪掉芯片并且出現(xiàn)殘留面積小于10%的情況，這樣合格判據(jù)則為2.0倍最小剪切強(qiáng)度，則判不合格。所以正確的理解為：根據(jù)殘留面積比例判斷剪切力合格判據(jù)只適用于芯片剪切掉的情況，施加大于或等于2.0倍最小剪切強(qiáng)度的力值而未剪掉芯片才可認(rèn)為剪切強(qiáng)度合格。

2 結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)，航空航天等軍工企業(yè)內(nèi)元器件可靠性中心都在廣泛開(kāi)展DPA工作，在依照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行DPA時(shí)要根據(jù)遇到的實(shí)際問(wèn)題不斷豐富DPA的內(nèi)容和提高DPA工作的質(zhì)量。通過(guò)對(duì)日常檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析討論，有利于DPA工作開(kāi)展得更規(guī)范、更細(xì)致和更深入。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB4027A-2006 軍用電子元器件破壞性物理分析方法[S].

[2] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB548B-2005 微電子器件試驗(yàn)方法和程序[S].

[3] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB128A-1997 半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法[S].